不同运载火箭的尾烟区别为什么这么大？不仅是燃料问题这么简单

2020年7月份，中国，美国，阿联酋三国发射了本国的火星探测器。由于火星探测一直备受瞩目，再加上此次中国也进行本国的火星探测任务，使得火星探测器的热度剧增。至少在2018年只有美国发射“洞察”号火星探测器时，都没有多少人关注。

看到许多人都问同个类型的问题：为什么中国和美国的火箭尾烟区别那么大

确实，尾烟区别非常明显，即使不是细心的人也可以发现。中国的“长征5号”运载火箭没有尾烟，而且火箭的尾焰清晰。但是美国的“阿特拉斯5型”尾烟特别大，尾焰也不清晰。

原因很多，我可以一一介绍讲解，如果你能认真看完会有不少收获。

主要原因：助推器不同，助推器燃料不同。

运载火箭分为固体燃料的运载火箭和液体燃料的运载火箭。在人们的思想中，固体火箭就是落后的，以后会被淘汰的。但事实并非如此，固体火箭以其独特的优势一直存在于火箭家族中。以前有，现在有，以后也会有。

而美国此次发射“毅力号”火星车的“阿特拉斯5型”运载火箭，这款火箭芯级使用的是由俄罗斯动力机械生产联合体所研制的RD-180分级燃烧循环发动机，助推器采用的就是固体火箭。

图为高空视角的“毅力号”发射

美国人使用固体火箭做助推器的年代相当长了，早在中国发射“东方红”时就已经有使用了，甚至美国人在后来的航天飞机中也使用了固体助推器。

而中国此次发射“天问一号”火星车的“长征5号”运载火箭，使用的是液体助推器，这款助推器采用了型号为YF-100的分级燃烧循环，液氧煤油发动机。中国使用液体助推器的年代也并不短，但是我们是在2016年才开始使用的无毒环保液体助推器，之前全部都是使用偏二甲肼为燃料的剧毒火箭。

液体火箭并非没有烟，取决发动机。

如图，这是美国太空探测技术公司的“默林”发动机，同样采用液氧煤油，但是大家可以看到发动机喷口旁边那浓浓的黑烟。之所以会这样，与发动机的循环方式有关。

火箭发动机基础知识：循环方式

我会用尽量通俗的语言向大家讲解这点，液体火箭发动机的循环方式是指，把火箭燃料从火箭燃料箱中抽出送至发动机进行燃烧产生推力的方式。

循环方式有很多种，我只介绍主流的两种：燃气发生器循环和分级燃烧循环。

燃气发生器循环是指，先抽出一部分燃料来燃烧产生高温高压气体去推动发动机的涡轮泵进行做功，之后这部分气体会做为废气直接排出。上叙的“默林”发动机就是这种循环方式，浓烟就是废气。

虽然“长征5号”的芯级火箭发动机YF-77同样是使用了燃气发生器循环，不过由于燃料采用的是液氢液氧，因此是不会有黑烟的。

图为“重型猎鹰”发射片段，可以非常明显地看到浓烟，这是在直播时所看不到的。

分级燃烧循环其实是在燃气发生器循环上面改进来的。同样是抽出一部分或者是全部燃料来燃烧产生高温高压气体去推动发动机的涡轮泵，但不同也是最难的是，之后这气体会注入燃烧室进行二次利用。因此这种循环方式效率较高，基本上没有烟。上叙的YF-100发动机就是采用了这种高效的循环方式。

富氧及富燃

我们都知道液体火箭的燃料是由推进剂和氧化剂组合的，它们是有一定比例的，而这比例不是一尘不变的。推进剂多点的，称之为“富燃燃烧”，氧化剂多点的，称之为“富氧燃烧”。

结碳是煤油的特性，而不完全燃烧的煤油会释放出黑烟。富燃燃烧都是不完全燃烧的，因此烟也较多，上叙的“默林”发动机就是。（好吧，全文都拿默林开刀）

物质的性能决定其用途。

固体火箭推力很大，通常是液体发动机的几倍，比如美国航天飞机的助推器推力超过了，千吨。什么概念？一台默林发动机的推力才90吨。但是固体火箭燃烧时间短，比冲低。而液体发动机又相反，通常推力都不大，但比冲高。不过俄罗斯是个例子，俄罗斯家的液体发动机推力非常高，像RD-170，推力700多吨。美国并不是没有这么高推力的发动机，而是没有这么高推力但效率也高的发动机。

现在主流的火箭燃料都是液氢液氧，但是这推力一般都不高，因为技术性问题。比如，中国，日本，欧洲三个的液氢液氧发动机，没有一个推力比“默林”发动机高，但是比冲方面能把“默林”按在地上暴打。不过并非都是这样，美国的RS-68液氢液氧发动机推力有近300吨。

因此人们就把液氢液氧火箭与固体火箭结合起来，固体火箭提供必要的推力保证火箭能上天，液体火箭提供高比冲使火箭能运载更多的货物。